خبر های ویژه
5 تیر 1404
غنی‌سازی اورانیوم: یک شیمیدان توضیح می‌دهد که چگونه این عنصر نسبتاً رایج برای تأمین انرژی رآکتورها و تسلیحات پردازش می‌شود
آندره اُ. هادسون، رئیس دانشکده علوم، استاد بیوشیمی، مؤسسه فناوری روچستر
اورانیوم در جایگاه ۹۲ جدول تناوبی قرار دارد و یک عنصر فلزی رادیواکتیو است. رادیواکتیویته فرآیندی طبیعی است که در آن برخی اتم‌ها—مانند اورانیوم، توریم و رادیم—به‌صورت خودبه‌خود تجزیه شده و انرژی آزاد می‌کنند. شیمیدان آلمانی، مارتین هاینریش کلاپروت، اورانیوم را در سال ۱۷۸۹ کشف کرد و آن را به نام سیاره تازه کشف‌شده اورانوس نام‌گذاری کرد. اما قدرت واقعی آن تا قرن بیستم، زمانی که دانشمندان دریافتند اتم‌های اورانیوم می‌توانند از طریق فرآیندی به نام شکافت هسته‌ای شکافته شوند، آشکار نشد. در شکافت هسته‌ای، هسته اتم به دو یا چند هسته تقسیم می‌شود که مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند. اورانیوم تقریباً در همه‌جا یافت می‌شود: در سنگ‌ها، خاک و آب. حتی مقادیر ناچیزی از آن در گیاهان و حیوانات وجود دارد. بیشتر اورانیوم در پوسته زمین یافت می‌شود، جایی که استخراج و تغلیظ می‌شود تا مقدار ایزوتوپ مفید آن، یعنی اورانیوم-۲۳۵، افزایش یابد.
تبریز امروز:
وقتی اکثر مردم کلمه اورانیوم را می‌شنوند، به ابرهای قارچی، تنش‌های جنگ سرد یا میله‌های سبز درخشان داستان‌های علمی-تخیلی فکر می‌کنند. اما اورانیوم صرفاً سوختی برای ترس‌های آخرالزمانی نیست. این عنصر، که به‌طور شگفت‌آوری رایج است، نقش مهمی در انرژی مدرن، پزشکی و ژئوپلیتیک ایفا می‌کند.
اورانیوم در ژوئن ۲۰۲۵ بار دیگر در کانون توجه جهانی قرار گرفت، بسیاری از سرخط‌های خبری به غنی‌سازی ۶۰٪ اورانیوم اشاره کرده‌اند، اما این واقعاً به چه معناست؟
من به‌عنوان یک بیوشیمیدان، علاقه‌مندم این عنصر اغلب سوءتفاهم‌شده را رمزگشایی کنم.
اورانیوم چیست؟
اورانیوم در جایگاه ۹۲ جدول تناوبی قرار دارد و یک عنصر فلزی رادیواکتیو است. رادیواکتیویته فرآیندی طبیعی است که در آن برخی اتم‌ها—مانند اورانیوم، توریم و رادیم—به‌صورت خودبه‌خود تجزیه شده و انرژی آزاد می‌کنند.
سطح غنی‌سازی به نسبت اورانیوم-۲۳۵ به اورانیوم-۲۳۸ بستگی دارد.
شیمیدان آلمانی، مارتین هاینریش کلاپروت، اورانیوم را در سال ۱۷۸۹ کشف کرد و آن را به نام سیاره تازه کشف‌شده اورانوس نام‌گذاری کرد. اما قدرت واقعی آن تا قرن بیستم، زمانی که دانشمندان دریافتند اتم‌های اورانیوم می‌توانند از طریق فرآیندی به نام شکافت هسته‌ای شکافته شوند، آشکار نشد. در شکافت هسته‌ای، هسته اتم به دو یا چند هسته تقسیم می‌شود که مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند.
اورانیوم تقریباً در همه‌جا یافت می‌شود: در سنگ‌ها، خاک و آب. حتی مقادیر ناچیزی از آن در گیاهان و حیوانات وجود دارد. بیشتر اورانیوم در پوسته زمین یافت می‌شود، جایی که استخراج و تغلیظ می‌شود تا مقدار ایزوتوپ مفید آن، یعنی اورانیوم-۲۳۵، افزایش یابد.
معضل غنی‌سازی
اورانیوم-۲۳۵ ایزوتوپی از اورانیوم است، یعنی نسخه‌ای از این عنصر که هویت اصلی خود را حفظ کرده اما وزن کمی متفاوت دارد. مثل سیب‌های یک درخت را در نظر بگیرید: برخی بزرگ و برخی کوچک هستند، اما همه سیب‌اند، حتی اگر وزنشان کمی متفاوت باشد. به‌طور خلاصه، ایزوتوپ همان عنصر است اما با جرم متفاوت.
اورانیوم طبیعی عمدتاً از اورانیوم-۲۳۸ تشکیل شده و تنها حدود ۰.۷٪ آن اورانیوم-۲۳۵ است، ایزوتوپی که بیشترین شکافت هسته‌ای را ممکن می‌سازد. بنابراین، فرآیند غنی‌سازی، اورانیوم-۲۳۵ را تغلیظ می‌کند.
اورانیوم غنی‌شده برای تولید انرژی هسته‌ای استفاده می‌شود. ریموند اسپکینگ/ویکی‌مدیا کامانز، CC BY-SA
غنی‌سازی می‌تواند اورانیوم را برای توسعه تسلیحات هسته‌ای مناسب‌تر کند، زیرا اورانیوم طبیعی به دلیل کمبود اورانیوم-۲۳۵ برای استفاده در رآکتورها یا تسلیحات کارآمد نیست. این فرآیند معمولاً سه مرحله دارد.
سانتریفیوژها اورانیوم را می‌چرخانند تا ایزوتوپ‌های آن جدا شوند.
مرحله اول تبدیل اورانیوم به گازی به نام هگزافلورید اورانیوم است. در مرحله دوم، این گاز به دستگاهی به نام سانتریفیوژ هدایت می‌شود که با سرعت بسیار بالا می‌چرخد. از آنجا که اورانیوم-۲۳۵ کمی سبک‌تر از اورانیوم-۲۳۸ است، در هنگام چرخش کندتر به سمت بیرون حرکت می‌کند و این دو ایزوتوپ از هم جدا می‌شوند.
مرحله اول تبدیل اورانیوم به گازی به نام هگزافلورید اورانیوم است. در مرحله دوم، این گاز به دستگاهی به نام سانتریفیوژ هدایت می‌شود که با سرعت بسیار بالا می‌چرخد. از آنجا که اورانیوم-۲۳۵ کمی سبک‌تر از اورانیوم-۲۳۸ است، در هنگام چرخش کندتر به سمت بیرون حرکت می‌کند و این دو ایزوتوپ از هم جدا می‌شوند.
این فرآیند شبیه به دستگاه سالادساز است که آب را از کاهو جدا می‌کند. یک چرخش تفاوت زیادی ایجاد نمی‌کند، بنابراین گاز از چندین سانتریفیوژ پشت سر هم عبور داده می‌شود تا اورانیوم-۲۳۵ تغلیظ شود.
اورانیوم معمولاً وقتی ۳٪ تا ۵٪ غنی شده باشد، یعنی ۳٪ تا ۵٪ آن اورانیوم-۲۳۵ باشد، می‌تواند نیروگاه‌های هسته‌ای را تأمین کرده و برق تولید کند. در ۲۰٪ غنی‌سازی، اورانیوم-۲۳۵ به‌عنوان اورانیوم با غنای بالا شناخته می‌شود و در ۹۰٪ یا بالاتر، به‌عنوان اورانیوم درجه تسلیحاتی شناخته می‌شود.
سطح غنی‌سازی به نسبت اورانیوم-۲۳۵ به اورانیوم-۲۳۸ بستگی دارد.
این درجه بالا در تسلیحات هسته‌ای کارآمد است زیرا می‌تواند یک واکنش زنجیره‌ای سریع و کنترل‌نشده را حفظ کند که انرژی بسیار زیادی در مقایسه با سایر ایزوتوپ‌ها آزاد می‌کند.
این درجه بالا در تسلیحات هسته‌ای کارآمد است زیرا می‌تواند یک واکنش زنجیره‌ای سریع و کنترل‌نشده را حفظ کند که انرژی بسیار زیادی در مقایسه با سایر ایزوتوپ‌ها آزاد می‌کند.
قدرت‌های متنوع اورانیوم
در حالی که بسیاری از سرخط‌های خبری بر پتانسیل نظامی اورانیوم تمرکز دارند، این عنصر نقش حیاتی در زندگی مدرن ایفا می‌کند. در سطوح غنی‌سازی پایین، اورانیوم حدود ۱۰٪ برق جهان را تأمین می‌کند.
در ایالات متحده، بسیاری از نیروگاه‌های هسته‌ای با سوخت اورانیوم کار می‌کنند و انرژی بدون کربن تولید می‌کنند. علاوه بر این، برخی از درمان‌های سرطان و فناوری‌های تصویربرداری تشخیصی از اورانیوم برای درمان بیماری‌ها استفاده می‌کنند.
در فناوری دریایی، زیردریایی‌ها و ناوهای هواپیمابر هسته‌ای به اورانیوم غنی‌شده وابسته‌اند تا سال‌ها بی‌صدا و کارآمد عمل کنند.
اورانیوم داستانی از دوگانگی است. معدنی که از سنگ‌های باستانی استخراج می‌شود و می‌تواند شهری را روشن کند یا آن را از نقشه محو کند. این فقط یادگار جنگ سرد یا داستان‌های علمی-تخیلی نیست. واقعی، قدرتمند و در حال شکل‌دهی به جهان ماست—از درگیری‌های جهانی تا کلینیک‌های سرطان، از شبکه انرژی تا دیپلماسی بین‌المللی.
در نهایت، قدرت واقعی نه فقط در انرژی آزادشده از این عنصر، بلکه در نحوه استفاده انسان‌ها از آن است.
منبع: 
https://theconversation.com/uranium-enrichment-a-chemist-explains-how-the-surprisingly-common-element-is-processed-to-power-reactors-and-weapons-259646?
https://theconversation.com/uranium-enrichment-a-chemist-explains-how-the-surprisingly-common-element-is-processed-to-power-reactors-and-weapons-259646?ارتباط با تبریز امروز
اخبار ، گزارشات ، عکسها و فیلم های خود را برای ما ارسال دارید . برای ارسال میتوانید از طریق آدرس تلگرامی یا ایمیل استفاده کنید.
اشتراک در خبرنامه
برای اطلاع از آخرین خبرهای تبریز امروز در کانال تلگرام ما عضو شوید.
فرم تماس با تبریز امروز
کلیه حقوق این سایت متعلق به پایگاه خبری تبریز امروز بوده و استفاده از مطالب آن با ذکر منبع بلامانع
است.
طراحی وتولید
توسططراح وب سایت